Des scientifiques de quatre universités américaines ont créé un moyen d'utiliser les nanocoquilles activées par la lumière de l'Université Rice comme éléments constitutifs de structures 2D et 3D qui pourraient être utilisées dans des capteurs chimiques, nanolasers et étranges métamatériaux absorbant la lumière. Tout comme un enfant pourrait utiliser des blocs Lego pour construire des modèles 3D de bâtiments ou de véhicules complexes, les scientifiques utilisent la nouvelle méthode d'auto-assemblage chimique pour construire des structures complexes pouvant piéger, stocker et plier la lumière.

La recherche apparaît dans le numéro de cette semaine du journal Science .

"Nous avons utilisé cette méthode pour créer une structure à sept nanocoquilles qui crée un type particulier de motif d'interférence appelé résonance de Fano, " a déclaré le co-auteur de l'étude Peter Nordlander, professeur de physique et d'astronomie à Rice. "Ces résonances résultent d'effets particuliers d'interférence des ondes lumineuses, et ils ne se produisent que dans les matériaux artificiels. Parce que ces heptamères sont auto-assemblés, ils sont relativement faciles à faire, cela pourrait donc avoir des implications commerciales importantes. »

En raison de la nature unique des résonances Fano, les nouveaux matériaux peuvent piéger la lumière, stocker de l'énergie et courber la lumière d'une manière étrange qu'aucun matériau naturel ne peut. Nordlander a déclaré que les nouveaux matériaux sont parfaitement adaptés à la fabrication de capteurs biologiques et chimiques ultrasensibles. Il a déclaré qu'ils pourraient également être utiles dans les nanolasers et potentiellement dans les circuits photoniques intégrés qui fonctionnent à partir de lumière plutôt que d'électricité.

L'équipe de recherche était dirigée par le physicien appliqué de l'Université Harvard Federico Capasso et comprenait également l'inventeur des nanoshells Naomi Halas, Le professeur Stanley C. Moore de Rice en génie électrique et informatique et professeur de physique, chimie et génie biomédical.

Nordlander, le plus grand théoricien mondial de la plasmonique des nanoparticules, avait prédit en 2008 qu'un heptamère de nanocoquilles produirait des résonances de Fano. Ce document a stimulé les efforts de Capasso pour fabriquer la structure, dit Nordlander.

La nouvelle méthode d'auto-assemblage développée par l'équipe de Capasso a également été utilisée pour fabriquer des « trimmers » magnétiques à trois nanocoquilles. Les propriétés optiques de ceux-ci sont décrites dans l'article de Science, qui explique également comment la méthode d'auto-assemblage pourrait être utilisée pour construire des structures 3D encore plus complexes.

Nanocoquilles, les blocs de construction qui ont été utilisés dans la nouvelle étude, sont environ 20 fois plus petits que les globules rouges. Informer, ils ressemblent à des boules de lait malté, mais ils sont recouverts d'or au lieu de chocolat, et leur centre est une sphère de verre. En variant la taille du centre du verre et l'épaisseur de la coque en or, Halas peut créer des nanoshells qui interagissent avec des longueurs d'onde de lumière spécifiques.

"Les nanocoquilles étaient déjà parmi les plus polyvalentes de toutes les nanoparticules plasmoniques, et cette nouvelle méthode d'auto-assemblage pour les structures complexes 2D et 3D ajoute simplement à cela, " dit Halas, qui a contribué au développement d'un certain nombre d'applications biologiques pour les nanocoquilles, y compris les applications diagnostiques et une procédure minimalement invasive pour le traitement du cancer.